DE102016203255A1

DE102016203255A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung in einem Magnetresonanztomographen

Info

Publication number: DE102016203255A1
Application number: DE102016203255.0A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ludwig; Volker Schnetter; Johann Sukkau; Ralf Ladebeck; Jörg Rothard; Andrew Dewdney; Axel Heitland; Ronny Pflichtbeil; Volker Weissenberger
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-02-29
Filing date: 2016-02-29
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US10393829B2; US20170248665A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position einer beweglichen Vorrichtung relativ zu einem B0-Feldmagneten (11) entlang einer z-Koordinatenachse, sowie eine Vorrichtung und einen Magnetresonanztomographen zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen in fester Relativposition angeordneten Magnetfeldstärkesensors auf. Es wird eine charakteristische Magnetfeldstärke Bref des B0-Feldmagneten ermittelt, die für eine Vielzahl an x-y-Koordinatenpaaren bei einer gleichen Referenz-z-Koordinate zref auftritt. Die Vorrichtung wird entlang der zKoordinatenachse bewegt, bis der Magnetfeldstärkesensor die charakteristische Magnetfeldstärke Bref misst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung und einen Magnetresonanztomographen zur Bestimmung einer Position der Vorrichtung an der z-Koordinatenachse relativ zu einem B0-Feldmagneten des Magnetresonanztomographen. Die z-Koordinatenachse ist durch eine Symmetrieachse des B0-Feldmagneten in Vorzugsrichtung des B0-Feldes definiert. Die Vorrichtung weist einen an der Vorrichtung in fester Relativposition angeordneten Magnetfeldstärkesensors auf.
Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Untersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Antennen empfangen wird.
Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjektes bereitgestellt.
Zum Empfang des Signals werden vorzugsweise lokale Antennen, sogenannte Lokalspulen verwendet, die zur Erzielung eines besseren Signal-Rauschabstandes unmittelbar am Untersuchungsobjekt angeordnet werden. Deshalb ist deren Position in Bezug auf den restlichen Magnetresonanztomographen, insbesondere den B0-Feldmagneten nicht fest definiert und muss separat erfasst werden. Dies betrifft insbesondere die Position in Richtung der z-Achse, die als Symmetrieachse üblicherweise horizontal zentral durch die Öffnung des B0-Feldmagneten verläuft und entlang derer das Untersuchungsobjekt mittels einer verfahrbaren Patientenliege in einen Bereich eines homogenen B0-Feldes im Inneren eines Patiententunnels durch den B0-Feldmagneten gefahren wird.
Während die Lage des Untersuchungsobjektes in den orthogonal zur z-Koordinatenachse verlaufenden x-Koordinatenachse und y-Koordinatenachse durch die Liege relativ definiert ist und auch von dem homogenen B0-Feld im Zentrum des B0-Feldmagneten abgedeckt ist, kann dieses jedoch immer nur einen kleinen Bereich des Untersuchungsobjektes in Richtung der z-Achse abdecken. Es ist daher insbesondere von Bedeutung, die z-Koordinate der Lokalspule zu erfassen.
Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen eine besonders hohe Präzision der Ausrichtung erforderlich ist. Beispielsweise wird bei einer kombinierten MRT-PET-Aufnahme die von den Positronen hervorgerufene Strahlung durch die Lokalspule geschwächt. Um diesen Effekt bei der Auswertung kompensieren zu können, ist die Lage der Lokalspule in dem Strahlenweg in dem Magnetresonanztomographen möglichst genau zu erfassen, vorzugsweise in allen drei Koordinatenachsen.
Es ist beispielsweise bekannt, in dem Aufnahmebereich mittels einer Lichtquelle ein Muster zu projezieren, an dem die Lokalspule ausgerichtet wird. Dies ist zum einen im Aufnahmebereich wegen der beschränkten Zugänglichkeit schwierig. Zum anderen ist die Lokalspule möglichst nah am Körper anzuordnen und daher möglicherweise durch Wärmedecken verdeckt.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Positionserfassung der Lokalspule und anderer beweglicher Vorrichtungen relativ zu dem Magnetresonanztomographen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Position gemäß Anspruch 1 sowie durch die erfindungsgemäße Lokalspule nach Anspruch 11, die erfindungsgemäße Shimspule nach Anspruch 12 sowie den erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen nach Anspruch 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt eine Position einer beweglichen Vorrichtung relativ zu einem B0-Feldmagneten entlang einer z-Koordinatenachse. Die z-Koordinatenachse ist definiert als eine Symmetrieachse des B0-Feldmagneten durch einen Patiententunnel des B0-Feldmagneten in Vorzugsrichtung des B0-Feldes. Die z-Koordinatenachse ist bei der üblichen Aufstellung eines Magnetresonanztomographen horizontal ausgerichtet und verläuft zentral durch die Öffnung der Wicklungen des B0-Feldmagneten durch einen Aufnahmebereich des B0-Feldmagneten. Üblicherweise wird das Aufnahmeobjekt parallel zu der z-Koordinatenachse auf einer Patientenliege in den Aufnahmebereich gebracht. Das Verfahren nützt einen in fester Relativposition an der Vorrichtung angebrachten Magnetfeldstärkesensor. Gemeinsam mit der z-Koordinatenachse spannen eine x-Koordinatenachse und eine y-Koordinatenachse einen Raum auf, wobei vorzugsweise die Koordinatenachsen zueinander orthogonal sind und die x-Koordinatenachse horizontal und die y-Koordinatenachse vertikal ausgerichtet ist.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine charakteristische Magnetfeldstärke B_ref des B0-Feldmagneten ermittelt. Diese charakteristische Magnetfeldstärke zeichnet sich dadurch aus, dass für eine Vielzahl an x-y-Koordinatenpaaren die Magnetfeldstärke einen im Wesentlichen gleichen Wert bei einem gleichen z-Koordinatenwert annimmt, der im Folgenden als Referenz-z-Koordinate z_ref bezeichnet wird. Als im Wesentlichen gleich wird dabei angesehen, dass die Werte der Magnetfeldstärke für unterschiedliche x-y-Koordinaten bei der gleichen z-Koordinate um weniger als 15%, 5% oder 1% voneinander abweichen. Als eine Vielzahl wird hier eine Anzahl von 3, 5, 10, 20 oder mehr bezeichnet. Die charakteristische Magnetfeldstärke B_{ref ist} dabei in einem Bereich zwischen 20% und 80% einer maximalen Magnetfeldstärke des B0-Feldmagneten. Der Wert unterscheidet sich damit von dem Wert im Zentrum des Aufnahmebereichs, an dem für einen möglichst großen x-y-Bereich die Magnetfeldstärke homogen die maximale Magnetfeldstärke ist, oder von weit von dem B0-Feldmagneten entfernten z-Werten, an denen die Magnetfeldstärke für viele x-y-Werte annähernd Null ist. Am einfachsten lässt sich der Wert für die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref ermitteln, indem der Magnetfeldstärkesensor an verschiedenen x-y-Koordinaten angeordnet wird, die z-Koordinate durch Verfahren variiert wird und dabei Messwerte der Magnetfeldstärke in Abhängigkeit von der z-Koordinate aufgenommen werden. Vorzugsweise werden dabei die x-y-Koordinaten so gewählt, dass sie bei einer Projektion entlang der z-Koordinatenachse innerhalb des Aufnahmebereichs zu liegen kommen. Da das Magnetfeld des B0-Feldmagneten üblicherweise rotationssymmetrisch zu der z-Koordinatenachse ist, reicht es jeweils, x-y-Koordinatenpaare mit unterschiedlichem Abstand zur z-Koordinatenachse zu wählen. Werden die so ermittelten Werte der Magnetfeldstärke als Funktion jeweils für unterschiedliche x-y-Koordinatenpaare aufgetragen, so ergibt sich der Wert für B_ref und z_ref durch die Koordinaten des Schnittpunktes der Kurven bzw. des Punktes, an dem sich die Kurven am nächsten aneinander annähern.
Als Magnetfeldstärke im Sinne des Erfindung kann der Betrag einer Projektion auf eine Richtung oder eine Ebene oder aber auch, wie nachfolgend in einem Unteranspruch angegeben, der Betrag des dreidimensionalen Feldvektors sein.
In einem anderen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Vorrichtung entlang der z-Koordinatenachse verfahren, bis der Magnetfeldstärkesensor die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref misst. Das ist so zu verstehen, dass ein erfasster Messwert des Magnetfeldstärkesensors um weniger als einen vorbestimmten Toleranzwert, beispielsweise 5%, 1%, 0,1% oder eine Messungenauigkeit des Magnetfeldstärkesensors von der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref abweicht. Der Magnetfeldstärkesensor befindet sich dann an der Referenz-z-Koordinate z_ref. Vorzugsweise wird die aktuelle z-Koordinate als Bezugspunkt z_ref übernommen und alle weiteren Bewegungen entlang der z-Koordinatenachse werden relativ zu diesem Bezugspunkt z_ref ausgeführt, sodass jeweils die z-Koordinate des Magnetfeldstärkesensors und der Vorrichtung bekannt ist.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die üblichen B0-Feldmagneten einen Feldverlauf in Richtung der z-Koordinate haben, der für einen vorbestimmten Abstand über eine Fläche in x-y-Richtung einen konstanten bzw. nahezu konstanten Wert annimmt. Gleichzeitig ist die Abhängigkeit der Magnetfeldstärke in z-Richtung hoch, sodass der Bereich mit der Magnetfeldstärke B_ref in z-Richtung scharf definiert ist und sich die Position der z-Koordinate z_ref mit hoher Genauigkeit bestimmen lässt. Die Konstanz der Magnetfeldstärke für z_ref in x-y-Richtung erlaubt es wiederum, die Vorrichtung mit dem Magnetfeldstärkesensor nahezu beliebig an dem Untersuchungsobjekt anzuordnen, ohne das Ergebnis für die z-Koordinate zu verfälschen. So können auf einfache Weise ein Referenzwert für die z-Koordinate festgelegt und nachfolgende Bewegungen darauf bezogen werden.
Die erfindungsgemäße Lokalspule weist einen Magnetfeldstärkesensor und einen Orientierungssensor auf, die an der Lokalspule angeordnet sind. Der Magnetfeldstärkesensor ist ausgelegt, Betrag und Richtung eines Magnetfeldvektors zu erfassen. Denkbar ist als Magnetfeldstärkesensor ein System aus mehreren Hallsensoren, die so angeordnet sind, dass die jeweiligen Richtungen der größten Empfindlichkeit einen Raum aufspannen. Der Orientierungssensor ist ausgelegt, eine relative Ausrichtung des Orientierungssensors zu einer vorbestimmten Raumrichtung zu erfassen. Denkbar sind beispielsweise ein oder mehrere mikromechanische Sensoren, die einen Winkel einer internen Bezugsachse und der Richtung der Schwerkraft erfassen. Es wären aber auch Sensoren denkbar, die eine Ausrichtung in Bezug auf eine externe Signalquelle erfassen, beispielsweise eine oder mehrere Kameras und Lichtquellen als Signalquellen und Bezugspunkt.
Auf vorteilhafte Weise erlaubt es die erfindungsgemäße Lokalspule einen Bezug zwischen der Magnetfeldrichtung und einer Raumrichtung absolut oder in Bezug auf den Magnetresonanztomographen herzustellen. So kann z.B. aus einer Magnetfeldmessung, die wegen der Rotationssymmetrie des Feldes nur eine Information über eine Lage auf einem Kreis angibt, durch die zusätzliche Orientierungsinformation ein eindeutiges x-y-Koordinatenpaar gewonnen werden.
Die erfindungsgemäße Shimspule teilt die Vorteile der erfindungsgemäßen Lokalspule.
Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph weist einen B0-Feldmagneten, eine Vorrichtung, eine verfahrbare Patientenliege, eine Steuereinheit und einen Speicher auf. Die Vorrichtung kann z.B. eine Lokalspule, aber auch eine Shim-Spule sein. An der Vorrichtung ist ein Magnetfeldstärkesensor angeordnet ist, der in Signalverbindung mit der Steuereinheit steht. Die Patientenliege ist ausgelegt, entlang einer z-Koordinatenachse, die durch eine Symmetrieachse des B0-Feldmagneten in Vorzugsrichtung des B0-Feldes definiert ist, in einen Aufnahmebereich des B0-Feldmagneten von der Steuereinheit gefahren zu werden. In dem Speicher ist eine charakteristische Magnetfeldstärke B_ref des B0-Feldmagneten abgelegt, die in einem Bereich zwischen 20% und 80% einer maximalen Magnetfeldstärke des B0-Feldmagneten liegt. Der Magnetresonanztomograph ist dadurch in der Lage, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Im Einzelnen ist die Steuereinheit ausgelegt, die Patientenliege entlang der z-Koordinatenachse zu verfahren und Magnetfeldstärkewerte von dem Magnetfeldstärkesensor über die Signalleitung zu erfassen und mit der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref zu vergleichen, bis eine Differenz der erfassten Magnetfeldstärkewerte und der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref kleiner als ein vorbestimmter Toleranzwert ist.
Der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph teilt somit die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem weiteren Schritt die bewegliche Vorrichtung mittels einer Verfahreinheit relativ zu dem B0-Feldmagneten um eine vorbestimmte Distanz entlang der z-Koordinatenachse verfahren.
Indem das Verfahren um die z-Achse um eine vorbestimmte Distanz erfolgt, ist die z-Koordinate auch nach dem Verfahren auf vorteilhafte Weise genau definiert, wenn die Ausgangsposition zuvor mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an der Referenz-z-Koordinate z_ref geeicht wurde. Nach einer einmaligen Kalibrierung kann dann die Lokalspule unter genauer Kenntnis der z-Position beliebig positioniert werden, solange die Lokalspule nicht relativ zu der Verfahreinheit bzw. Patientenliege verschoben wird.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Magnetfeldstärkesensor drei Sensorelemente auf, die eine Feldstärke von drei Komponenten des B0-Feldes in drei Richtungen erfassen, die einen Raum aufspannen. Auf diese Weise kann der Magnetfeldvektor bestimmt werden und der Magnetfeldstärkesensor kann die Magnetfeldstärke als Betrag des Vektors ermitteln. Stehen die drei Raumrichtungen der drei Sensorelemente, beispielsweise drei Hall-Elemente, orthogonal aufeinander, so ergibt sich die Magnetfeldstärke durch die Wurzel aus der Quadratsumme der Messsignalwerte der drei Sensorelemente. Für nicht-orthogonale Ausrichtung ergibt sich der Betrag durch eine vorherige Transformation, beispielsweise einer Matrixmultiplikation des Vektors.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht die Erfassung der Magnetfeldstärke über die Komponenten des Vektors eine genaue und von der Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors unabhängige Bestimmung der Magnetfeldstärke. Darüber hinaus ist es möglich, durch die Richtung des Magnetfeldes in Verbindung mit einer Information des Orientierungssensors zur Ausrichtung im Raum auch Information über x-y-Koordinaten des Magnetfeldstärkesensors zu bestimmen.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Verfahren weiterhin den Schritt auf, B_xy-z-Kurven einer Abhängigkeit der Magnetfeldstärke von der z-Koordinate für eine Mehrzahl an x-y-Koordinatenpaaren zu ermitteln, wobei die x-y-Koordinatenpaare Punkte mit unterschiedlichem Abstand zu der z-Koordinatenachse angeben. Der Schritt lässt sich beispielsweise dadurch ausführen, dass der Magnetfeldstärkesensor in einer festen Position an der Patientenliege angeordnet wird und dann die Patientenliege in z-Richtung verfahren wird. Dabei werden gleichzeitig die Magnetfeldstärke und die z-Position für unterschiedliche Positionen entlang der z-Koordinatenachse erfasst. Der Schritt wird dann mit anderen x-y-Koordinaten für die Anordnung des Magnetfeldstärkesensors wiederholt. Üblicherweise ist das Magnetfeld eines B0-Feldmagneten wegen der Anordnung der Spulen rotationssymmetrisch zur z-Koordinatenachse, so dass es ausreichend ist, nur x-y-Koordinatenpaare mit unterschiedlichem Abstand zur z-Koordinatenachse zu vermessen. In einem anderen Schritt wird der Magnetfeldstärkesensor mit unbekannter x-y-Koordinate parallel zur z-Koordinatenachse bewegt und die Magnetfeldstärke für unterschiedliche z-Koordinaten erfasst. In einem weiteren Schritt wird beispielsweise von der Steuereinheit aus den ermittelten B_xy-z-Kurven eine Kurve ausgewählt, die den für die unbekannten x-y-Koordinaten erfassten Magnetfeldstärkewerte am ehesten entspricht, vorzugsweise mittels eines Fehlerminimierungsverfahrens wie zum Beispiel LMS (Least Mean Square).
In einem anderen Schritt wird dann mit mittels der ausgewählten B_xy-z-Kurve und eines gemessenen Magnetfeldstärkewertes eine z-Koordinate des Magnetfeldstärkesensors und der mit ihm in fester Relativanordnung verbundenen Vorrichtung bestimmt, z.B. der Lokalspule. Denkbar zur Bestimmung der z-Koordinate sind beispielsweise eine Umkehrfunktion der B_xy-z-Kurve oder ein Interpolationsverfahren.
Der Verlauf der B_xy-z-Kurven unterscheidet sich für z-Koordinatenwerte ungleich z_ref erheblich. Ist jedoch mit dem Fehlerminimierungsverfahren erst eine geeignete B_xy-z-Kurve ausgewählt, die dem Abstand des Magnetfeldstärkesensors von der z-Koordinatenachse entspricht, so kann auf vorteilhafte Weise an unterschiedlichen z-Koordinaten der z-Koordinatenwert unmittelbar aus der Magnetfeldstärke bestimmt werden. Auch ist es möglich, die Koordinate z_ref mit höherer Genauigkeit zu bestimmen, da die B_xy-z-Kurve sich unter Umständen nicht genau in einem Punkt bei z_ref schneiden. Schließlich ist über die Auswahl der B_xy-z-Kurve auch eine Aussage über die x-y-Koordinate bzw. den Abstand des Magnetfeldstärkesensors von der z-Koordinatenachse getroffen.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens misst der Magnetfeldstärkesensor die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref, wenn der gemessene Magnetfeldstärkewert um weniger als 10, 5, 2 oder 1 Prozent von der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref abweicht. Mit anderen Worten, ist die Messung der Magnetfeldstärke mit einem Fehler behaftet und der Wert B_ref gilt als gemessen, wenn der Messwert in ein Intervall von beispielsweise 10%, 5%, 2% oder 1% um den Wert B_ref fällt.
Auf vorteilhafte Weise weist der Verlauf der Magnetfeldstärke um den Wert B_ref einen steilen Anstieg auf, sodass auch bei einer Abweichung oder Messungenauigkeit von B_ref beispielsweise um 10%, 5%, 2% oder 1% die Referenz-z-Koordinate z_ref mit geringer Abweichung kleiner als ein Zentimeter oder wenige Millimeter ermittelt werden kann.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Vorrichtung weiterhin einen Orientierungssensor in vorbestimmter Ausrichtung zu dem Magnetfeldstärkesensor auf, sodass eine feste Ausrichtung zwischen Magnetfeldstärkesensor und Orientierungssensor besteht und aus der von dem Orientierungssensor festgestellten Ausrichtung auch eine Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors ermittelt werden kann. Der Orientierungssensor ist ausgelegt, eine relative Ausrichtung zu dem B0-Feldmagneten zu ermitteln. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem der Orientierungssensor die Richtung des Schwerefeldes erfassen kann und der Feldmagnet in vorbestimmter Richtung aufgestellt ist, z.B. vertikal. Es ist aber auch denkbar, dass an dem Feldmagnet ein oder mehrere Markierungen angeordnet sind, z.B. Lichtquellen, die von dem Orientierungssensor erfasst werden, z.B. mittels Kamera und daraus eine Ausrichtung des Orientierungssensors bestimmt wird. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine relative Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors zu dem B0-Feldmagneten mittels des Orientierungssensors ermittelt, z.B. indem der Orientierungssensor die relative Ausrichtung zu dem Feldmagneten ermittelt und aus der relativen Ausrichtung des Orientierungssensors zu dem Magnetfeldstärkesensor auf die relative Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors zu dem Feldmagneten geschlossen wird. In einem anderen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein x-y-Koordinatenpaar in Abhängigkeit von der gewählten B_xy-z-Kurve, der ermittelten z-Koordinate und der ermittelten relativen Ausrichtung bestimmt. Die gewählte B_xy-z-Kurve und die ermittelte z-Koordinate ergeben bereits Werte für die Position entlang der z-Achse und einen Abstand von der z-Koordinatenachse an. Die Mehrdeutigkeit des Abstandsvektors lässt sich dann durch die von dem Orientierungssensor ermittelte relative Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors zu dem Feldmagneten auflösen, sodass aus dem Wert für den Abstand von der z-Koordinatenachse ein eindeutiges x-y-Koordinatenpaar ermittelt wird.
Auf vorteilhafte Weise lässt sich so mit Hilfe des zusätzlichen Orientierungssensors ein Koordinatensatz x, y und z für den Magnetfeldstärkesensor und damit auch für die Vorrichtung bestimmen. Je nach Ausführungsform des Orientierungssensors ist das Verfahren auch unabhängig von der optischen Sicht und kann auch bei Abdeckung der Vorrichtung durchgeführt werden.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umschließt der Feldmagneten einen Patiententunnel. Die Referenz-z-Koordinate z_ref ist dabei außerhalb des Patiententunnels bezüglich der z-Koordinatenachse angeordnet.
Auf vorteilhafte Weise befindet sich die Referenz-z-Koordinate z_ref außerhalb des Patiententunnels, sodass eine Eichung der z-Koordinaten bereits vor dem Einfahren in den Patiententunnel erfolgen kann, solange die Vorrichtung noch gut zugänglich ist und verschoben werden kann. Außerhalb des Patiententunnels fallen die Magnetfeldstärke und die B_xy-z-Kurve steil ab, sodass auch bei einer höheren Ungenauigkeit der Magnetfeldstärkemessung die Referenz-z-Koordinate z_ref ausreichend genau bestimmt werden kann.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Vorrichtung eine Lokalspule.
Lokalspulen werden am Patienten angeordnet, um einen möglichst geringen Abstand zu haben und so ein besseres Signa-Rauschverhältnis zu liefern. Auch ist es möglich, in einer Lokalspule mehrere Antennenspulen z.B. in einer Matrix anzuordnen, was eine parallele Bildgebung für mehrere Bereiche erlaubt und damit die Bilderfassung beschleunigt. Da die Position der Lokalspule aber nicht konstruktiv festgelegt ist, ist es vor der Bildgebung erforderlich, zunächst die Lage der Lokalspule in Bezug auf den Feldmagneten in der z-Koordinate allein oder auch in allen drei Raumkoordinaten zu bestimmen, um anschließend die Lokalspule im Isozentrum des Feldmagneten positionieren zu können und einzelne Antennenspulen einzelnen Bildbereichen zuordnen zu können. Dies leistet das erfindungsgemäße Verfahren auf vorteilhafte Weise.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Vorrichtung weiterhin eine Shimspule auf.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird ein Strom durch die Shimspule in Abhängigkeit von einem von dem Magnetfeldstärkesensor erfassten Magnetfeldstärkewert eingestellt.
Das B0-Feld eines Feldmagneten weist Inhomogenitäten auf, die Bildartefakte erzeugen können. Derartige Inhomogenitäten können zum einen durch die Konstruktion des Feldmagneten bedingt sein. Aber auch der Patient selbst verursacht durch die unterschiedliche magnetische Suszeptibilität z.B. des Körpers und der umgebenden Luft in der Nähe der Körperoberfläche, z.B. im Nacken oder an den Gliedmaßen derartige Verzerrungen. Die Effekte lassen sich durch zusätzliche Magnetfelder zumindest teilweise kompensieren, die mittels sogenannter Shim-Spulen erzeugt werden. Dabei ist es wichtig, dass der Ort und die Orientierung der Shim-Spule bekannt sind, um den erforderlichen Strom zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auf vorteilhafte Weise, die z-Koordinate und gegebenen Falls auch die anderen Koordinaten und die Orientierung der Shim-Spule mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, wenn diese Teil der Vorrichtung ist.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in einem weiteren Schritt eine Korrektur einer my-Map bei MR-PET in Abhängigkeit von einem von dem Magnetfeldstärkesensor erfassten Magnetfeldstärkewert.
Bei einer MR-PET werden zwei bildgebende Untersuchungsverfahren kombiniert. Die Magnetresonanztomographie erfasst den gesamten Körper des Patienten bzw. einen Teil davon und bildet dessen Organe ab. Bei einer Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wird ein radioaktiver Stoff, der einen Positronenzerfall aufweist, zur Untersuchung in den Körper eingebracht. Beispielsweise wird ¹⁸F-Fluordesoxyglucose im Körper dort angereichert, wo ein hoher Stoffwechsel stattfindet. Das beim Zerfall erzeugte Positron zerfällt in Reaktion mit einem Elektron der Umgebung in zwei Gammaquanten, die sich in entgegengesetzter Richtung voneinander bewegen. Mittels richtungssensitiver Gammadetektoren und Koinzidenzzählern kann der Ursprungsort der Gammaquanten und so der Anreicherungsort des radioaktiven Stoffes bestimmt werden, der dann in der Bilddarstellung der Magnetresonanztomographie abgebildet wird und so erlaubt, das entsprechende Organ zu identifizieren.
Gammaquanten werden insbesondere von Stoffen mit hoher Ordnungszahl absorbiert bzw. gestreut. Eine Lokalspule weist z.B. Kupfer in den Antennenspulen und Leiterbahnen auf, sodass die Lokalspule das Bild der PET verfälscht. Unter Kenntnis der genauen Lage der Lokalspule kann deren Effekt jedoch bei der Auswertung der PET-Aufnahme durch Multiplikation mit inversen Abschwächungskoeffizienten korrigiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt dies auf vorteilhafte Weise durch eine genaue Bestimmung der z-Koordinate und/oder der x-y-Koordinate der Lokalspule und deren Orientierung.
Die erfindungsgemäße Lokalspule und der erfindungsgemäße Magnetresonanztomograph zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens teilen dessen Vorteile.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen schematischen Querschnitt durch einen Feldmagneten eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen;
3 eine Darstellung von Funktionen der Magnetfeldstärke eines Feldmagneten in Abhängigkeit der z-Koordinate für unterschiedliche x-y-Koordinaten;
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lokalspule;
5 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 einen schematischen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Magnetresonanztomographen 1 mit einer erfindungsgemäßen Lokalspule 50.
Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. Patienten 40 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Aufnahmebereich ist in einem Patiententunnel 16 angeordnet, die sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt. Üblicherweise handelt es sich bei dem Feldmagneten 11 um einen supraleitenden Magneten, der magnetische Felder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3T, bei neuesten Geräten sogar darüber, bereitstellen kann. Für geringere Feldstärken können jedoch auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden.
Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Untersuchungsvolumen dem Magnetfeld B0 variable Magnetfelder in drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 sind üblicherweise Spulen aus normalleitenden Drähten, die zueinander orthogonale Felder in dem Untersuchungsvolumen erzeugen können.
Die Magneteinheit 10 weist ebenfalls eine Körperspule 14 auf, die dazu ausgelegt ist, über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 40 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben. Bevorzugter Weise wird aber die Körperspule 14 für das Aussenden des Hochfrequenzsignals und/oder das Empfangen durch Lokalspulen 50 ersetzt, die in dem Patiententunnel 16 nahe am Patient 40 angeordnet sind. Es ist aber auch denkbar, dass die Lokalspule 50 zum Senden und Empfangen ausgelegt ist und deshalb eine Körperspule 14 entfallen kann.
Eine Steuereinheit 20 versorgt die Magneteinheit 10 mit den verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 und wertet die empfangenen Signale aus.
So weist die Steuereinheit 20 eine Gradientenansteuerung 21 auf, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zuleitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die erwünschten Gradientenfelder in dem Untersuchungsvolumen bereitstellen.
Weiterhin weist die Steuereinheit 20 eine Hochfrequenzeinheit 22 auf, die ausgelegt ist, einen Hochfrequenz-Puls mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf, Amplitude und spektraler Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 40 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden.
Der Magnetresonanztomograph 1 weist weiterhin eine lokal am Patienten anordenbare Vorrichtung auf, im dargestellten Ausführungsbeispiel die Lokalspule 50. Die Lokalspule 50 ist dazu ausgelegt, Magnetresonanzsignale angeregter Kernspins aufzunehmen und über die Signalverbindung 33 an die Steuereinheit 20 zu übertragen, für eine Lokalspule 50 unter anderem an eine die Hochfrequenzeinheit 22. Details zu der Vorrichtung bzw. Lokalspule 50 sind in der 3 dargestellt.
In der 1 sind auch die Koordinatenachsen dargestellt, die nachfolgend verwendet werden, wobei die Bezeichnungen x, y und z willkürlich gewählt sind. Die z-Koordinatenachse verläuft zentral durch den Patiententunnel 16 und gibt gleichzeitig eine Symmetrieachse für die Magneteinheit 10 und den Feldmagneten 11 an, der, wie in 2 im Querschnitt ersichtlich, eine annähernde Zylinderform aufweist, die symmetrisch zu einer Rotationsachse im Mittelpunkt ist. Senkrecht zu der z-Achse und vertikal nach oben in der Zeichenebene der 1 ist die y-Koordinatenachse angeordnet. Nur im Querschnitt der 2 ist die x-Koordinatenachse ersichtlich, die wiederum senkrecht sowohl zur z-Koordinatenachse als auch zur y-Koordinatenachse angeordnet ist. Wegen der Rotationssymmetrie des Feldmagneten 11 ist es möglich, dass die x-y-Koordinatenachsen beliebig um die z-Koordinatenachse gedreht werden, ohne dass sich die nachfolgende Beschreibung ändert.
3 gibt Verläufe der von einem Magnetfeldstärkesensor 60 gemessenen Magnetfeldstärke B0 in Abhängigkeit von der z-Koordinate an. Der Nullpunkt liegt 200 cm vor dem Isozentrum des B0-Feldmagneten auf der z-Koordinatenachse. Es sind Kurven mit unterschiedlichem x-y-Koordinaten bzw. Abstand zur z-Koordinatenachse angegeben. Wie nachfolgend noch zum Verfahren ausgeführt, können derartige Kurven des B0-Feldmagneten gemessen werden, indem der Magnetfeldstärkesensor 60 bei gleicher Orientierung und fester x-y-Koordinate entlang der z-Koordinatenachse durch das B0-Feld bewegt wird und dabei die Messwerte für Magnetfeldstärke und z erfasst werden.
Dabei ist die Kurve 71 mit einem Magnetfeldstärkesensor direkt auf der z-Koordinatenachse (x = 0, y = 0) zugeordnet, während die Kurve 72 einem Verlauf mit dem größten Abstand zur z-Koordinatenachse entspricht. Die vorliegende Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis, dass die Kurven für eine Vielzahl an x-y-Koordinaten mit unterschiedlichem Abstand zur z-Koordinatenachse sich in einem Schnittbereich 70 schneiden bzw. nahe kommen. Der Schnittbereich 70 befindet sich bei einem Wert B_ref der Magnetfeldstärke, der für den dargestellten 3T-Magneten bei ca. 50% der Magnetfeldstärke B0_iso im Isozentrum liegt. Dies kann variieren, beipielsweise kann der Wert innerhalb eines Intervalls zwischen 20% und 80% der Magnetfeldstärke im Isozentrum liegen.
Die dargestellten Kurvenverläufe weisen dabei um den Schnittpunkt (z_ref, B_ref) eine hohe Steigung auf, was diesen Punkt beispielsweise von den Kurvenverläufen bei z = 0 oder z = 200 unterscheidet. Als hohe Steigung kann dabei beispielsweise ein Wert der Steigung größer als 0,2·B0_iso geteilt durch die Länge des B0-Feldmagneten in z-Richtung angesehen werden.
Die hohe Steigung führt dazu, dass auch bei fehlerbehafteter Messung der Magnetfeldstärke, angedeutet durch den horizontalen Balken 73 um den Wert B_ref, sich die Referenz-z-Koordinate z_ref mit hoher Genauigkeit bestimmen lässt, angedeutet durch den schmalen vertikalen Balken 74.
In 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, hier eine Lokalspule 50. Die Lokalspule 50 weist in einem Gehäuse 51 eine oder mehrere Antennenspulen 52 auf.
Darüber hinaus befindet sich in der Lokalspule 50 ein Magnetfeldstärkesensor 60, der ausgelegt ist, eine Magnetfeldstärke zu messen. Es ist dabei denkbar, dass der Magnetfeldstärkesensor 60 drei Sensorelemente 61, 62, 63 aufweist, die jeweils die Stärke einer Raumkomponente des Magnetfeldvektors erfassen, beispielsweise Hallelemente. Dabei sind die Sensorelemente 61, 62, 63 so angeordnet, dass die drei Raumkomponenten einen dreidimensionalen Raum aufspannen. Beispielsweise kann das Sensorelement 62 senkrecht zu Sensorelement 61 angeordnet sein und beide wiederum senkrecht zu Sensorelement 63. Aus den drei Komponenten des Vektors lässt sich dann der Betrag ermitteln, beispielsweise bei senkrechter Anordnung der Sensorelemente zueinander durch Bildung der Wurzel aus der Summe der Quadrate der Komponenten. Dies kann entweder durch eine Signalverarbeitung 53 in der Lokalspule 50 erfolgen und das Ergebnis wird von der Signalverarbeitung 53 an die Steuereinheit 20 übertragen, oder die Signalverarbeitung 53 übermittelt die Messwerte der Sensorelemente 61, 62, 63 über die Signalverbindung 33 an die Steuereinheit 20 zur Berechnung. Es ist aber auch denkbar, dass der Magnetfeldstärkesensor 60 ausgelegt ist, unmittelbar den Betrag der Magnetfeldstärke zu ermitteln, beispielsweise über die Kernspinresonanz eines Prüfmaterials, vergleichbar einer Feldsonde.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform weist die Lokalspule 50 darüber hinaus einen Orientierungssensor 54 auf. Der Orientierungssensor 54 ist dazu ausgelegt, eine Ausrichtung in Bezug auf den Feldmagneten 11 zu ermitteln. Beispielsweise kann es sich um einen Sensor handeln, der mit mechanischen Mitteln, beispielsweise einer Prüfmasse, die Richtung der Schwerkraft bestimmt. Da die Ausrichtung des Feldmagneten 11 zur Schwerkraft bekannt ist, lassen sich so auch zwei Winkel des Orientierungssensors 54 und damit der Lokalspule 50 in Bezug auf den Feldmagneten 11 ermitteln. Ein dritter Winkel kann z.B. anhand der Vorzugsrichtung des Magnetfeldes im Isozentrum oder an der z-Koordinatenachse bestimmen bestimmt werden. Derartige Orientierungssensoren sind beispielsweise mikromechanisch in Siliziumtechnologie verfügbar (MEMS).
Es ist aber auch denkbar, dass der Orientierungssensor 54 eine Kamera aufweist und die Orientierung an optischen Merkmalen der Magneteinheit 10 ermittelt, beispielsweise Markierungen oder Lichtquellen am Gehäuse. Schließlich kann auch umgekehrt die Kamera an der Magneteinheit angeordnet sein und entsprechende Marker an der Lokalspule 50.
Ist die Orientierung in mehreren Achsen bereits bekannt, z.B. durch eine feste Anordnung der Lokalspule 50 an einer Patientenliege, oder wenn eine geringere Präzision der z-Koordinate ausreicht, so kann aber auch auf den Orientierungssensor 54 verzichtet werden.
Es ist aber auch denkbar, dass die Vorrichtung nicht wie in 4 dargestellt, eine Lokalspule 50 ist, sondern eine Shimspule, bei der anstelle der Antennenspulen 52 eine oder mehrere Spulen zur Erzeugung eines Kompensationsfeldes für Störungen des B0-Magnetfeldes kommen. Die anderen Komponenten der Vorrichtung sind dann wie zu 4 beschrieben. Dies gilt für alle denkbaren Vorrichtungen in Verbindung mit einem Magnetresonanztomographen 1, für die eine genaue Positionierung zumindest in der z-Koordinate erforderlich ist.
5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem Schritt S10 wird eine charakteristische Magnetfeldstärke B_ref des B0-Feldmagneten ermittelt. Die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref zeichnet sich dadurch aus, dass, wie in 3 dargestellt, ein Wert der Magnetfeldstärke B_ref durch einen Magnetfeldstärkesensor 60 für eine Mehrzahl an x-y-Koordinatenpaaren bei einer gleichen Referenz-z-Koordinate z_ref auftritt. Wie bereits zu 3 dargelegt, liegt die charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref in einem Bereich zwischen 20% und 80% einer maximalen Magnetfeldstärke des B0-Feldmagneten und unterscheidet sich dadurch von der Magnetfeldstärke für große Abstände vom Feldmagneten 11, die gegen Null geht oder der Magnetfeldstärke im Isozentrum, die gegen 100% von B0_iso geht.
Das Ermitteln kann beispielsweise durch die Steuereinheit 20 erfolgen, die einen an unterschiedlichen x-y-Koordinaten angeordneten Magnetfeldstärkesensor 60 mittels der Patientenliege 30 parallel zur z-Koordinatenachse verfährt und dabei für jedes x-y-Koordinatenpaar eine Kurve aufnimmt, wobei die x-y-Koordinatenpaare unterschiedlichen Abstand zur z-Koordinatenachse aufweisen. Der Schnittbereich 70, in dem sich alle Kurven schneiden, gibt der Steuereinheit 20 das Wertepaar z_ref, B_ref an. Dabei ist es denkbar, dass der Schritt S10 einmalig für jede Magneteinheit 10 ausgeführt wird, für alle Magneteinheiten 10 eines gleichen Typs ermittelt wird oder für eine Magneteinheit 10 nach Veränderungen an Betriebsparametern oder der Umgebung wiederholt wird. Vorzugsweise wird der Wert B_ref oder das Wertepaar z_ref, B_ref in der Steuereinheit 20 gespeichert.
Es ist aber auch denkbar, dass in Schritt S10 die Steuereinheit 20 mittels eines numerischen Näherungsverfahrens die B_xy(z)-Kurven für die Magneteinheit 10 in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsparametern, z.B. dem supraleitenden Strom, berechnet und das Wertepaar z_ref, B_ref aus dem Schnittpunkt der Kurven bestimmt.
In einem Schritt S20 des erfindungsgemäßen Verfahrens bewegt die Steuereinheit 20 mittels der Verfahreinheit 36 der Patientenliege 30 die Vorrichtung, beispielsweise die Lokalspule 50, entlang der z-Koordinatenachse, bis die Steuereinheit 20 mit Hilfe des Magnetfeldstärkesensor 60 eine Magnetfeldstärke misst, die der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref im Wesentlichen gleicht, also beispielsweise um weniger als 15%, 5% oder 1% von B_ref abweicht. Die z-Koordinate, an der sich die Patientenliege 30 zu diesem Zeitpunkt befindet wird als Referenz-z-Koordinate z_ref in der Steuereinheit 20 in einem Speicher 35 abgespeichert.
In einem weiteren Schritt S30 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens wird die bewegliche Vorrichtung mittels einer Verfahreinheit 36 relativ zu dem B0-Feldmagneten um eine vorbestimmte Distanz entlang der z-Koordinatenachse verfahren bewegt. Die z-Koordinate des Magnetfeldstärkesensors 60 und der Vorrichtung bzw. Lokalspule 50 in Bezug auf den Feldmagneten 11 ist danach bestimmt durch die Referenz-z-Koordinate z_ref plus der vorbestimmten Distanz, die durch eine z-Bewegung der Patientenliege 30 von der Steuereinheit 20 mittels der Verfahreinheit 36 ausgeführt wird.
Das in 5 dargestellte Verfahren ist insbesondere geeignet, wenn nur die z-Koordinatenachse in Bezug auf das Isozentrum des Feldmagneten 10 zu kalibrieren ist und die Koordinaten x und y des Magnetfeldstärkesensors 60 und der Vorrichtung nicht relevant sind.
6 zeigt einen schematischen Ablaufplan einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren der 6 erlaubt es, noch weitere Koordinaten des Magnetfeldstärkesensors 60 und der Vorrichtung festzulegen.
In einem Schritt S11 werden zunächst unterschiedliche B_xy(z)-Kurven, d.h. B(z) Kurven für unterschiedliche x-y-Koordinaten ermittelt. Das Ermitteln kann ebenfalls durch eine Steuereinheit 20 erfolgen, die einen an unterschiedlichen x-y-Koordinaten angeordneten Magnetfeldstärkesensor mittels der Patientenliege 30 parallel zur z-Koordinatenachse verfährt und dabei für jedes x-y-Koordinatenpaar eine Kurve aufnimmt. Wegen der Rotationssymmetrie des Feldmagneten weisen die x-y-Koordinatenpaare jeweils unterschiedlichen Abstand zur z-Koordinatenachse auf. Der Schnittbereich 70, in dem sich alle Kurven schneiden, gibt, wie bereits beschrieben, der Steuereinheit 20 das Wertepaar z_ref, B_ref an. Auch der Schritt S11 kann einmalig für jede Magneteinheit 10 ausgeführt werden, für alle Magneteinheiten 10 eines gleichen Typs ermittelt werden oder für eine Magneteinheit 10 jeweils nach Veränderungen an Betriebsparametern oder der Umgebung wiederholt werden. Die in Schritt S11 aufgenommenen B_xy(z)-Kurven werden in der Steuereinheit 20 in Speicher 35 gespeichert.
In einem Schritt S21 werden dann Magnetfeldstärkewerte mittels des Magnetfeldstärkesensors 60 für unterschiedliche Positionen entlang der z-Koordinatenachse bei konstanter x-y-Koordinate erfasst. Beispielsweise wird die Lokalspule 50 mit dem Magnetfeldstärkesensor 60 auf dem Patienten 40 positioniert, wodurch eine x-y-Koordinate für den Magnetfeldstärkesensor 60 vorgegeben, aber noch nicht als Koordinatenpaar erfasst ist. Der Patient 40 wird dann mit der Lokalspule 50 in unveränderter Lage von der Steuereinheit 20 auf der Patientenliege 30 entlang der z-Koordinatenachse verfahren und dabei die Magnetfeldstärke von dem Magnetfeldstärkesensor 60 erfasst.
In einem Schritt S31 wird eine B_xy-z-Kurve von der Steuereinheit 20 aus den in Schritt S11 gespeicherten B_xy-z-Kurven anhand der ermittelten Magnetfeldstärkewerte aus Schritt S21 mittels eines Fehlerminimierungsverfahrens ausgewählt. Das Fehlerminimierungsverfahren wählt so die Kurve aus den in Schritt S10 gespeicherten aus, die dem aktuellen Kurvenverlauf am ähnlichsten ist. Beispielsweise kann hier LMS (Least Mean Square) Anwendung finden. Denkbar ist es auch, dass in dem Schritt S31 durch Interpolation der nächstliegenden gespeicherten B_xy-z-Kurven eine B_xy-z-Kurve für die aktuellen x-y-Koordinaten bestimmt wird. Anhand der im Lauf von Schritt S21 bei der Bewegung in z-Richtung aufgenommenen Messwerte kann dabei die Relativposition in z-Koordinatenrichtung zum Isozentrum des Feldmagneten bestimmt werden, indem die Messwerte an die ausgewählte B_xy-z-Kurven gefittet werden und aus dem aktuell gemessenen Magnetfeldstärkewert B eine entsprechende z-Koordinate im Sinne einer Umkehrfunktion bestimmt wird.
Es ist natürlich auch denkbar, dass wie in dem Verfahren der 5 ein z_ref mittels des Wertes B_ref bestimmt wird. Aufgrund des dabei bekannten Verlaufs der ausgewählten B_xy-z-Kurve kann jedoch der vertikale Balken 74 und der horizontale Balken 73 in 3 reduziert werden, sodass sich z_ref mit höherer Genauigkeit bestimmen lässt, die beispielsweise eine Toleranz kleiner als ein Millimeter aufweist.
Mit der Auswahl der B_xy-z-Kurven ist auch eine Information über den Abstand des Magnetfeldstärkesensors 60 von der z-Koordinatenachse verbunden. Eindeutige x-y-Koordinaten bzw. der Winkel eines Polarkoordinatensystems um die z-Koordinatenachse lassen sich ohne weitere Parameter nicht ermitteln.
Dazu ist es in einer erweiterten Ausführungsform des Verfahrens der 6 möglich, dass in einem Schritt S32 die Steuereinheit 20 über die Signalverarbeitung 53 und die Signalverbindung 33 zusätzliche Information über eine relative Orientierung des Orientierungssensors 54 zu der Magneteinheit 10 empfängt. Beispielsweise kann der Orientierungssensor 54 Informationen zur Ausrichtung des Orientierungssensors 54 zur Vertikalen angeben, die durch die Richtung der Schwerkraft gegeben ist. In Verbindung mit der Richtung des B0-Feldes, das im Isozentrum und an der z-Koordinatenachse in z-Richtung verläuft, ermittelt die Steuereinheit 20 aus den zusätzlichen drei Orientierungsparametern die Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors und damit aus dem Abstand von der z-Koordinatenachse auch die x- und -y-Koordinaten, sodass die genaue Position und Ausrichtung der Lokalspule 50 mit dem Magnetfeldstärkesensor 60 und dem Orientierungssensor 54 bestimmt werden kann.
Sind einige Parameter bereits bekannt, beispielsweise die y-Koordinate und die Ausrichtung zur Vertikalen, wenn die Lokalspule an oder in der Patientenliege angeordnet ist, kann der Orientierungssensor 54 vereinfacht werden oder ganz darauf verzichtet werden und trotzdem die Position vollständig bestimmt werden. Oder es kann unter Verwendung aller Parameter ein Verfahren zur Fehlerminimierung angewendet werden, das die Genauigkeit der Positionsbestimmung verbessert.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Position einer beweglichen Vorrichtung relativ zu einem B0-Feldmagneten (11) entlang einer z-Koordinatenachse, die durch eine Symmetrieachse des B0-Feldmagneten (11) in Vorzugsrichtung des B0-Feldes definiert ist, mittels eines an der Vorrichtung in fester Relativposition angeordneten Magnetfeldstärkesensors (60), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ermitteln einer charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref des B0-Feldmagneten (11), die für eine Vielzahl an x-y-Koordinatenpaaren mit unterschiedlichem Abstand zur z-Koordinatenachse bei einer im Wesentlichen gleichen Referenzz-Koordinate z_ref auftritt, wobei die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref in einem Bereich zwischen 20% und 80% einer Magnetfeldstärke des B0-Feldmagneten (11) im Isozentrum liegt; Bewegen der Vorrichtung entlang der z-Koordinatenachse, bis der Magnetfeldstärkesensor (60) die charakteristische Magnetfeldstärke B_ref misst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Vorrichtung mittels einer Verfahreinheit (36) relativ zu dem B0-Feldmagneten um eine vorbestimmte Distanz entlang der z-Koordinatenachse verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnetfeldstärkesensor (60) drei Sensorelemente (61, 62, 63) aufweist, die eine Feldstärke von drei Komponenten des B0-Feldes in drei Richtungen erfassen, die einen Raum aufspannen, und der Magnetfeldstärkesensor (60) die Magnetfeldstärke als Betrag eines durch die drei Komponenten des B0-Feldes bestimmten B0-Feldvektors ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist: Ermitteln von B_xy-z-Kurven einer Abhängigkeit der Magnetfeldstärke von der z-Koordinate für eine Mehrzahl an x-y-Koordinatenpaaren, wobei die x-y-Koordinatenpaare Punkte mit unterschiedlichem Abstand zu der z-Koordinatenachse angeben; Erfassen einer Mehrzahl von Magnetfeldstärkewerten mittels des Magnetfeldstärkesensors (60) für unterschiedliche Positionen entlang der z-Koordinatenachse bei konstanten x-y-Koordinaten; Auswählen einer B_xy-z-Kurve anhand der ermittelten Magnetfeldstärkewerte mittels eines Fehlerminimierungsverfahrens; Bestimmen der z-Koordinate mittels der ausgewählten B_xy-z-Kurve und eines gemessenen Magnetfeldstärkewertes.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Magnetfeldstärkesensor (60) die charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref misst, wenn der gemessene Magnetfeldstärkewert um weniger als 10 Prozent von der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref abweicht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Orientierungssensor (54) in vorbestimmter Ausrichtung zu dem Magnetfeldstärkesensor (60) aufweist, wobei der Orientierungssensor (54) ausgelegt ist, eine relative Ausrichtung zu dem B0-Feldmagneten (11) zu ermitteln und das Verfahren die weiteren Schritte aufweist: Ermitteln einer relativen Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors (60) zu dem B0-Feldmagneten (11) mittels des Orientierungssensors (54) und Ermitteln eines x-y-Koordinatenpaares in Abhängigkeit von der gewählten B_xy-z-Kurve, der ermittelten z-Koordinate und der ermittelten relativen Ausrichtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der B0-Feldmagnet (11) einen Patiententunnel umschließt und die Referenz-z-Koordinate z_ref bezüglich der z-Koordinatenachse außerhalb des Patiententunnels (16) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Lokalspule (50) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Shimspule aufweist, und in einem weiteren Schritt ein Strom durch die Shimspule in Abhängigkeit von einem von dem Magnetfeldstärkesensor (60) erfassten Magnetfeldstärkewert eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Schritt eine Korrektur einer my-Map bei MR-PET in Abhängigkeit von einem von dem Magnetfeldstärkesensor (60) erfassten Magnetfeldstärkewert erfolgt.
Lokalspule, die einen Magnetfeldstärkesensor (60) und einen Orientierungssensor (54) aufweist, die an der Lokalspule (50) angeordnet sind, wobei der Magnetfeldstärkesensor (60) ausgelegt ist, Betrag und Richtung eines Magnetfeldvektors zu erfassen und der Orientierungssensor (54) ausgelegt ist, eine relative Ausrichtung des Orientierungssensors (54) zu einer vorbestimmten Raumrichtung zu erfassen.
Shimspule, die einen Magnetfeldstärkesensor (60) und einen Orientierungssensor (54) aufweist, die an der Shimspule angeordnet sind, wobei der Magnetfeldstärkesensor (60) ausgelegt ist, Betrag und Richtung eines Magnetfeldvektors zu erfassen und der Orientierungssensor (54) ausgelegt ist, eine relative Ausrichtung des Orientierungssensors (54) zu einer vorbestimmten Raumrichtung zu erfassen.
Magnetresonanztomograph, wobei der Magnetresonanztomograph (1) einen B0-Feldmagneten (11), eine Vorrichtung, eine verfahrbare Patientenliege (30), eine Steuereinheit (20) und einen Speicher (34) aufweist, wobei an der Vorrichtung ein Magnetfeldstärkesensor (60) angeordnet ist, der in Signalverbindung (33) mit der Steuereinheit (20) steht, wobei die Patientenliege (30) ausgelegt ist, parallel zu einer z-Koordinatenachse, die durch eine Symmetrieachse des B0-Feldmagneten (11) in Vorzugsrichtung des B0-Feldes definiert ist, in einen Aufnahmebereich des B0-Feldmagneten (11) von der Steuereinheit (20) gefahren zu werden, wobei in dem Speicher (35) eine charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref des B0-Feldmagneten (11) abgelegt ist, die in einem Bereich zwischen 20% und 80% einer Magnetfeldstärke des B0-Feldmagneten (11) im Isozentrum liegt, wobei die Steuereinheit (20) ausgelegt ist, eine Referenz-z-Koordinate z_ref zu bestimmen, indem die Patientenliege (30) mit der Vorrichtung parallel zu der z-Koordinatenachse relativ zu dem B0-Feldmagneten (11) verfahren wird und Magnetfeldstärkewerte von dem Magnetfeldstärkesensor (60) über die Signalleitung (33) erfasst und mit der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref verglichen wird, bis eine Differenz der erfassten Magnetfeldstärkewerte und der charakteristischen Magnetfeldstärke B_ref kleiner als ein vorbestimmter Toleranzwert ist.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 13, wobei die Steuereinheit (20) weiterhin ausgelegt ist, B_xy-z-Kurven einer Abhängigkeit der Magnetfeldstärke von der z-Koordinate für eine Mehrzahl an x-y-Koordinatenpaaren bereitzustellen, wobei die x-y-Koordinatenpaare Punkte mit unterschiedlichem Abstand zu der z-Koordinatenachse angeben; die Steuereinheit (20) ausgelegt ist, Magnetfeldstärkewerte mittels des Magnetfeldstärkesensors (60) für unterschiedliche Positionen entlang der z-Koordinatenachse bei konstanten x-y-Koordinaten zu erfassen; die Steuereinheit (20) ausgelegt ist, eine B_xy-z-Kurve anhand der ermittelten Magnetfeldstärkewerte mittels eines Fehlerminimierungsverfahrens auszuwählen; und die Steuereinheit (20) ausgelegt ist, eine z-Koordinate mittels der ausgewählten B_xy-z-Kurve und eines gemessenen Magnetfeldstärkewertes zu bestimmen.
Magnetresonanztomograph nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung weiterhin einen Orientierungssensor (54) in vorbestimmter Ausrichtung zu dem Magnetfeldstärkesensor (60) aufweist, wobei der Orientierungssensor (54) ausgelegt ist, eine relative Ausrichtung zu dem B0-Feldmagneten (11) zu ermitteln; wobei die Steuereinheit (20) ausgelegt ist, eine relative Ausrichtung des Magnetfeldstärkesensors (60) zu dem B0-Feldmagneten mittels des Orientierungssensors (20) zu ermitteln und die Steuereinheit (20) ausgelegt ist, ein x-y-Koordinatenpaar in Abhängigkeit von der gewählten B_xy-z-Kurve, der ermittelten z-Koordinate und der ermittelten relativen Ausrichtung zu ermitteln.